Влияние теплового режима двигателя на его работу

Многие автолюбители задаются вопросом, какова должна быть оптимальная, то есть рабочая температура двигателя. Вопрос далеко не однозначный и здесь многое зависит от его конструктивных особенностей. Так для любого человека нормальная температура составляет 36.

6 градуса, обеспечивая его владельцу здоровое существование, когда все жизненные процессы протекают без каких-либо отклонений.

Так и для автомобильных моторов есть расчетная температура, при которой они способны работать стабильно, с полной отдачей мощности, в экономичном режиме продолжительное время.

Почему рабочий диапазон нагрева считается оптимальным?

Процесс сгорания топливовоздушной смеси в цилиндрах сопровождается выделением большого количества теплоты, так как температура в камере сгорания составляет порядка 2000 градусов и выше.

В задачу системы охлаждения входит поддержание оптимального теплового режима в диапазоне 80-90 градусов.

Для некоторых типов силовых установок нормальной может быть температура до 110 градусов, чаще на моторах с воздушным охлаждением.

При оптимальном температурном режиме происходит лучшее наполнение цилиндров, стабильный запуск и надежная эксплуатация автомобиля.

Высокая температура

Конструктивно в двигателе предусмотрены тепловые зазоры при нагреве его деталей, когда они подвержены расширению. При нагреве сверх допустимого значения происходит нарушение зазоров, что вызывает интенсивный износ, задиры и различного рода поломки. Помимо этого, наблюдается снижение мощности из-за ухудшения наполнения цилиндров, а также появление детонации и самовоспламенение топлива.

На фото — проверка тепловых зазоров клапанов

Основные причины повышения температуры силовой установки:

• Заклинивание клапана термостата в закрытом положении;

Заклинивший термостат

• Не срабатывает электровентилятор охлаждения радиатора (неисправен электромоторчик вентилятора, перегорел предохранитель, неисправна цепь питания вентилятора, отказ датчика температуры или гидромуфты);

Охлаждающий вентилятор

• Забит радиатор охлаждения;

Забитый радиатор

• • Неисправны клапана в крышке расширительного бачка;
• • Пробой прокладки блока;
• • Течь помпы;
• • Ослаблена натяжка или обрыв ремня привода дополнительных механизмов;
• • Разгерметизация системы охлаждения.

Не набирается рабочая температура

Неполный прогрев также нежелателен.

Поверхность цилиндров не разогрета и топливо соприкасаясь с холодными стенками конденсируется и попадает в картер, разжижая находящееся там масло, что ведет к интенсивному износу как ЦПГ, так и всех пар трения. Основное, это шейки коленчатого вала и вкладыши, а также постель распредвала и сам вал, а также промежуточный (поросенок) и балансирный валы и пр.

Плюс при работе на непрогретом моторе, особенно это актуально в зимний период (большое количество конденсата на внутренних поверхностях ЦПГ) при поездках на короткие расстояния, присадки в масле практически не вступают в работу, не выполняя роль защиты.

Помимо этого, неразогретое масло более загущено и уже не в полной мере подается к парам трения, на стенки цилиндров вызывая их износ, плюс растет расход топлива и соответственно падает мощность силовой установки.

Причины низкой температуры:

1. • Зависания клапана термостата в отрытом положении;
2. • Частые поездки на короткие расстояния;
3. • Термостат или датчик температуры более «холодные», чем предписаны производителем.

4. Рабочий тепловой режим
5. Когда же тепловой режим находится в заданном рабочем диапазоне, то все процессы протекают без каких-либо отклонений, мотору ничего не угрожает и происходит только его естественный износ.

Типы двигателей и температурный режим

• Есть низко и высокофорсированные, а также «холодные» и «горячие» типы силовых агрегатов, где рабочие процессы горения топлива протекают по разным законам.
• Температура срабатывание клапана термостата, когда охлаждающая жидкость получает возможность циркулировать по большому кругу (для охлаждения после снятия температуры с водяной рубашки), собственно и будет оптимальной температурой.
• При этом параметры нагрева будут различны, что напрямую зависит от тарировки заводского термостата и датчика температуры для срабатывания электровентилятора, то есть того, что установил производитель на конвейере.

Термостат

Так для бензиновых двигателей даже одной марки автомобиля, например, модели ВАЗ, где рабочий нагрев охлаждающей жидкости различен для карбюраторных и инжекторных моделей. Здесь опять же все зависит от тарировки термостата, предусмотренной разработчиками и от типа системы охлаждения.

Особенности систем охлаждения и их влияние на температурный режим

Жидкостные системы охлаждения делятся на два типа:

• Открытая;
• Закрытая (герметичная).

Система отрытого типа непосредственно сообщается с наружным воздухом, то есть в систему постоянно может поступать воздух и выходить из нее в виде пара. Температура кипения охлаждающей жидкости составляет 100 градусов.

Закрытая система имеет связь с атмосферой через специальные клапана, вмонтированные в пробку радиатора или крышку расширительного бачка. Выпуска горячего воздуха и пара происходит лишь при сильном увеличении давления в системе.

На фото — система охлаждения закрытого типа

В системе закрытого типа значительно выше давление и температура закипания антифриза, которая составляет порядка 110-120 градусов Цельсия.

Минусом закрытой системы является резкое повышение нагрева мотора в случае разгерметизации системы и отказе клапанов в крышке расширительного бачка. Это вызвано тем, что система находится под большим давлением и в случае разгерметизации большая часть жидкости сразу выбросится наружу.

При неисправности клапанов в крышке бачка жидкость начинает кипеть, что также ведет к критичному перегреву мотора с последующим сложным и дорогостоящим ремонтом.

Экология и ресурс двигателя

Когда в угоду нормам экологии стали поднимать тепловой режим двигателя, для полного сгорания топлива, то оказалось, что нужны и другие масла, так как имевшее место быть масло, просто не может обеспечивать полноценную его защиту при высоких температурах. Это отрицательно сказалось на ресурсе силовых установок, не рассчитанных работать в подобных температурных режимах.

Благоприятный тепловой режим

Оптимальный тепловой режим в пределах 85-90 градусов обеспечивает экономию топлива и минимальный износ деталей в различных условиях и режимах работы.
Для поддержания системы охлаждения всегда в рабочем состоянии рекомендуем периодически проходить ее диагностику для беспроблемной эксплуатации вашего автомобиля.

Тепловые режимы работы агрегатов автомобилей

Оптимальное значение температур охлаждающей жидкости и моторных масел большинства автомобильных двигателей лежит в интервале 85-950С. При больших или меньших их значениях существенно возрастают износы деталей цилиндропоршневой группы двигателей (рис.5.5).

Оптимальным температурам охлаждающих жидкостей и масел соответствуют оптимальные значения температур поверхностей теплонагруженных деталей.

При их превышении может произойти оплавление алюминиевых деталей, образующих камеру сгорания, интенсифицируются процессы коксования моторных масел, образования лаковых отложений на поверхностях и т.д.

Из-за разжижения масел повышаются износы цилиндров. Кроме этого, растет токсичность отработавших газов по выбросам оксида азота NOx.

Рис.5.5. Зависимость относительной скорости изнашивания цилиндров карбюраторного и дизельного двигателей от температуры охлаждающей жидкости (по данным НАМИ): 1 – карбюраторный; 2 — дизельный

При пониженных температурах стенок деталей цилиндропоршневой группы интенсифицируются процессы их корозионно-механического изнашивания, так как на поверхностях конденсируются пары воды и кислот, образующихся в отработанных газах.

Оксиды в дальнейшем очень быстро истираются, поскольку их износостойкость на порядок ниже износостойкости основных материалов деталей двигателя.

Увеличение износов при этом объясняется также тем, что холодные моторные масла не образуют на трущихся поверхностях масленых пленок должного качества.

Одним из основных резервов повышенных показателей эксплуатационной надежности двигателей внутреннего сгорания является снижение нагаров, лаков и осадков на поверхностях деталей. В основе их образования лежат процессы старения моторных масел, а именно, процессы окисления углеводородов, входящих в состав масляной основы.

Определяющее влияние на процессы окисления масла в двигателях, на образование отложений и на эффективность работы ДВС в целом оказывает тепловой режим теплонагруженных деталей. Оптимизация теплового состояния является одним из важнейших условий длительной и бесперебойной работы ДВС.

Отложения на поверхностях деталей ДВС делятся на три основных вида: нагары, лаки и осадки (шламы).

Нагар – твердые углеродистые вещества, откладывающиеся во время работы двигателя на поверхностях камеры сгорания. В состав нагара входят продукты окисления углеводородов (смолы, асфальтены, карбены, карбоиды), а также так называемая несгораемая часть – свинец, железо и другие механические примеси.

При этом отложения нагаров в камерах сгорания главным образом зависят от температурных условий, даже при аналогичном составе смеси и одинаковой конструкции деталей камеры сгорания двигателей. Нагар оказывает весьма существенное влияние на протекание рабочего процесса и на долговечность его работы.

Почти все виды ненормального сгорания (детонация, калильное зажигание и прочие) сопровождаются тем или иным влиянием нагара на поверхностях камеры сгорания.

Лак – продукт изменения (окисления) тонких масляных пленок, растекающихся и покрывающих детали двигателя под действием высоких температур. Лаковые отложения – продукт концентрации оксикислот. В состав лака входит углерод (до 80%), а также кислород, водород и твердые несгораемые соединения (зола).

Наибольший вред наносит лакообразование в зоне поршневых колец, вызывая процессы их закоксовывания. Лаки, также откладываясь на поверхностях поршня, контактирующих с маслом, нарушают должную теплопередачу через поршень (теплоотвод от него) и далее в систему охлаждения.

Осадки (шламы) – низкотемпературные мазеобразные отложения, представляющие собой смесь продуктов окисления углеводородов с продуктами загрязнения моторного масла эмульсиями и водой.

На количество осадков решающее влияние оказывают качество масла, температурный режим деталей, конструктивные особенности двигателя и условия эксплуатации.

Отложения этого типа наиболее характерны для условий зимней эксплуатации, а также при частых пусках и остановках двигателя.

При температурах масел от 150 ° С и выше процессы окисления происходят очень интенсивно.

Когда температура превышает 300 ° С, одновременно с реакциями окисления происходит термическое разрушение углеводородов масел.

В результате окисления и термического распада в маслах интенсивнее накапливаются органические кислоты, смолисто-асфальтовые вещества, углеродистые продукты (карбены, карбоиды и др.)

Таким образом, определяющее влияние на процесс образования различных отложений, а также на прочностные показатели деталей, эффективные показатели, процессы изнашивания деталей оказывает их тепловое состояние. В этой связи необходимо знать пороговые значения температур деталей ЦПГ, по крайней мере, в характерных точках.

Тепловое состояние деталей цилиндропоршневой группы принято анализировать по значениям температур в четырех характерных точках (см. рис.5.6).Значения температур учитываются в них при производстве, испытаниях и доводке ДВС для оптимизации конструкций деталей, при выборе для двигателя моторного масла, в целом ряде решения других технических проблем.

Рис.5.6. Характерные точки цилиндра и поршня ДВС

при анализе их теплонапряжённости для дизельных (а) и бензиновых (б) двигателей

Итак, значения температур в характерных точках деталей цилиндропоршневой группы имеют некоторые критические уровни:

1. Максимальное значение температур в точке 1 (в дизелях – на кромке камеры сгорания, в бензиновых двигателях – в центре донышка поршня) не должно превышать 350 0С для всех серийно применяемых в двигателестроении алюминиевых сплавов, иначе происходит оплавление кромок камер сгорания в дизелях или прогар поршня в бензиновых двигателях.

В практике автомобилестроения это критическое значение температуры удается повышать путем добавки в сплав кремния.

Недопущения превышения критических значений температур в этой точке, равно как и во всех объемах деталей двигателя внутреннего сгорания, обеспечивается также путем оптимизации их форм и грамотной организацией охлаждения.

Превышение температур деталей двигателя обычно является основным тормозом для форсирования их по мощности. По температурным уровням к тому же следует иметь определенный запас с учетом экстремальных условий эксплуатации.

1. Критическое значение температур в точке 2 поршня (над верхним компрессионным кольцом) – 250-260 0С (кратковременно до 2900С). При превышении этой величины все массовые моторные масла коксуются, что приводит к “залеганию” поршневых колец, потери их подвижности, в результате к существенному уменьшению компрессии, расходу масла со всеми вытекающими отсюда последствиями. Масляный кокс представляет собой некий симбиоз лака и нагара.

Если пропала компрессия, проверьте или герметичность клапанов газораспределительного механизма, или место прогара прокладки между головкой и блоком цилиндров, или цилиндропоршневую группу на предмет износа деталей или «залегания» колец.

Последнее будет очевидным, если при заливке в цилиндры через отверстия для свечей или форсунок порции моторного масла (50-70г) компрессия увеличивается (масло загерметизирует зазоры).

В настоящее время для «раскоксовывания» поршневых колец успешно применяют соответствующие автомобильные химические препараты, например из семейства «Аспект-модификатор».

1. Предельное максимальное значение температуры точки 3 поршня (расположена симметрично по срезу головки поршня на внутренней его стороне) – 220 0С. При больших температурах на внутренней поверхности поршня происходит интенсивное лакообразование. Лаковые отложения, в свою очередь, являются мощным тепловым барьером, препятствующим теплоотводу через масло. Это автоматически приводит к повышению температур во всем объеме поршня, а значит и на поверхности зеркала цилиндра.
2. Максимально допустимое значение температур в точке 4 (на поверхности цилиндра, напротив места остановки верхнего компрессионного кольца (ВКК) в верхней мертвой точке) – 200 0С. При его превышении масло разжижается, что приводит к потере стабильности образования масленой пленки на зеркале цилиндра, а значит будет происходить так называемое «сухое» трение колец по зеркалу. Это вызывает интенсификацию молекулярно-механического изнашивания деталей цилиндропоршневой группы.

На современных спортивных и ряде респектабельных автомобилей конструкцией предусмотрен постоянный анализ температуры в точке 4, расположенной в объеме цилиндра на глубине 1-1,2мм от зеркала.

Это вполне оправдано, так как при начинающемся задире кольца значение температуры здесь резко поднимется, и практически мгновенно по показанию прибора на панели (или звуковому зуммеру) можно среагировать на эту неисправность, выключив двигатель, сохранив его от серьезного отказа.

По показаниям датчика температуры охлаждающей жидкости у быстроходных двигателей сделать это невозможно.

В качестве датчиков температур обычно используются термопары или термосопротивления.

Принцип измерения температур с использованием термопар основан на изменении силы тока в электрической цепи при нагревании спая различных металлов, например, хромель и копель, хромель и алюмель.

У термосопротивлений при их нагревании изменяется сопротивление цепи. Эти сигналы преобразуются и регистрируются соответствующими приборами, в том числе на панели приборов, или координируют команды бортового микропроцессора.

Характер изнашивания цилиндров двигателя внутреннего сгорания весьма своеобразен. Внешний вид эпюры изнашивания показан на рис.5.7. В процессе эксплуатации на зеркале цилиндра, образуется характерный буртик в точке «А», напротив места остановки верхнего компрессионного кольца в верхней мертвой точке, который легко ощущается пальцем руки.

Относительно большое изнашивание в верхних поясах цилиндра объясняется, в частности, действием горячих газов и нарушением стабильности масляной пленки при пуске и прогреве двигателя, особенно в холодное время. Именно на долю пусков и прогревов приходится до 60% от всего изнашивания деталей двигателей. Износ во время пуска двигателя при температуре минус 18 0С приравнивается к износу за 210 км пробега автомобиля. Другими словами, если правильно производить предпус- ковую подготовку, пуск и прогрев двигателя, то можно существенно повысить его ресурс (до 1,5 — 2 раз).

Рис.5.7. Характер изнашивания зеркала цилиндра ДВС

В преобладающем большинстве в рекомендациях по проведению прогрева автомобильных двигателей говорится о том, что прогрев необходимо производить исключительно в щадящих режимах.

Это значит, что после пуска двигателя надо поработать на холостом ходу (на оборотах 1,2-1,3 от минимальных оборотов холостого хода) до достижения температуры охлаждающей жидкости 40 0С, далее начинать движение на пониженных передачах до достижения температуры жидкости 80 0С. Только после этого можно переходить на повышенные передачи.

Вместе с тем в обстановке постоянного дефицита времени ждать не всегда удобно. Большинство автовладельцев сразу начинают движение в холодном режиме, лишь бы автомобиль ехал.

Насколько это вредно? Ряд экспериментальных исследований, напротив, говорит о полезности такого метода прогрева: из-за более жесткого режима нагрузок двигатель прогревается существенно быстрее, и суммарный износ деталей в итоге меньше. Таким образом, сразу же после пуска двигателя надо начинать движение, но без максимальных нагрузок.

Необходимо, как можно быстрее добиться, чтобы значение температуры охлаждающей жидкости достигло уровня 80 0С. При этом двигатель прогревается существенно быстрее. Оказывается, что износ деталей двигателя при этом меньше, чем при предыдущем способе прогрева.

Для уменьшения времени прогрева используется ряд мероприятий. Это утеплительные чехлы решетки радиатора, жалюзи, отключающиеся вентиляторы системы охлаждения, уменьшение лопастей вентилятора охлаждения в зимнее время. Весьма полезен и предпусковой подогрев двигателей, но это тема других учебных курсов.

Для предотвращения перегрева охлаждающей жидкости, моторного масла и двигателя в целом в конструкции его предусмотрен термостат. Он обеспечивает циркуляцию охлаждающей жидкости через радиатор при высоких значениях ее температуры, т.е.

циркуляцию по так называемому “большому кругу”. В этой связи не обосновано опасение, что при наличии термостата зимой есть вероятность размораживания радиатора.

У термостата для обеспечения циркуляции необходимого количества жидкости через радиатор имеется специальное перепускное отверстие.

Вместе с тем удаление термостата из системы приводит к недопустимо завышенному времени прогрева двигателя, особенно зимой. Уже в начале работы открыт «большой круг» циркуляции жидкости, тогда как с термостатом «большой круг» до температуры жидкости 800С лишь незначительно приоткрыт.

В настоящее время большинство транспортных средств России проектируются для условий эксплуатации в умеренной климатической зоне. Расчетное значение температур окружающего воздуха принимается в интервале от –45 0С до +50 0С.

При завышенных или заниженных значениях температур окружающего воздуха условия работы агрегатов автомобилей жестче. В случае повышенных значений температур окружающего воздуха наблюдаются специфические отказы, вызванные ухудшением физико-механических свойств конструкционных автомобильных материалов.

Однако эксплуатация автомобилей в жарком климате сопряжена с меньшими трудностями, чем в условиях пониженных температур. В этих зонах температурный режим деталей и прочих агрегатов двигателя значительно ниже оптимального.

Например, при температуре окружающего воздуха ниже –30 0С, температура масла в главной передаче не поднимается выше +20 0С; при температуре окружающего воздуха ниже –40 0С, температура масла там вообще не поднимается выше 0 0С.

Таким образом, при обеспечении работы автомобильного двигателя в оптимальном тепловом режиме существенно продлевается срок его службы и экономится топливо. Весьма полезен предпусковой подогрев двигателя, утепление моторного отсека в зимнее время. При коротких остановках двигатель глушить не рекомендуется.

Рекомендуемые страницы:

Система охлаждения двигателя — работа, устройство и назначение

Система охлаждения двигателя служит для поддержания нормального теплового режима мотора. При сгорании рабочей смеси в цилиндрах двигателя выделяется большое количество тепла, так как средняя температура газов в цилиндрах работающего двигателя 600-1000*C.

Непосредственная естественная отдача тепла в окружающую среду совершенно недостаточна. Этим объясняется необходимость принудительного охлаждения мотора с помощью вспомогательных систем.

Нельзя допускать и переохлаждения мотора, так как при этом увеличиваются тепловые потери (уменьшается доля полезного используемого тепла), увеличиваются потери на трение из-за загустения смазки, уменьшается мощность и ухудшается КПД, экономичность двигателя, также ухудшается запуск двигателя в различных погодных условиях. В качестве теплоносителя раньше использовалась вода, теперь это тосол или антифриз.

Нормальным тепловым режимом для карбюраторных двигателей считается такой, при котором температура охлаждающей жидкости, выходящей из головки блока, составляет 80-90*С, а для дизеля 75-85*C. Система охлаждения большинства автомобильных двигателей жидкостная (водяная), но существует и воздушная. Если система охлаждения закрытого типа (не сообщается с атмосферой), то при работе мотора в ней обеспечивается повышение температуры кипения воды до 108-111*С, благодаря чему уменьшается накипе-образование и повышается долговечность системы. В систему охлаждения входят рубашка охлаждения двигателя, радиатор, водяной насос, вентиляторы, термостаты, жалюзи.

Влияние теплового режима на износ мотора

Двигатели автомобилей всегда работают с переменными нагрузками, что вызывает изменение их теплового режима. Этому же способствуют частые пуски, продолжительные остановки и сравнительно небольшие пробеги после пуска.

Недостаточный тепловой режим вызывает большие износы при пуске двигателей. В период пуска детали двигателя работают с недостаточной смазкой, часто при граничном трении.

В начальное время работы мотора конденсации топлива и смывание масляной пленки особенно сильное, коррозионное действие отработавших газов наибольшее. Износы при пуске холодного двигателя в 1,5-2 раза больше, чем при пуске его с предварительным подогревом.

Повышение теплового зазора (в отличие от нормального) также влечет за собой увеличение износов и ухудшение экономичности двигателя. Возникают местные перегревы, масло разжижается, сгорает, увеличивается абразивный износ.

Зазоры между поршнем и стенкой цилиндра, особенно у двигателей, имеющих поршни из алюминиевых сплавов, уменьшаются, увеличивается расход мощности на трение. Протекание рабочих процессов-смесеобразование, сгорание-становится неблагоприятным (с детонацией), в результате мощность двигателя падает, удельный расход топлива увеличивается.

Нормальный тепловой режим мотора может быть нарушен по следующим причинам, связанным с неисправностями системы охлаждения: недостаток охлаждающей жидкости в системе, которая при работающем двигателе может вытечь из-за повышенного давления; наличие накипи в системе, которая уменьшает объем жидкости и значительно ухудшает теплообмен; нарушение работы клапонов пробки радиатора; недостаточная интенсивность работы вентилятора.

Кроме того, перегрев двигателя может быть в результате позднего момента зажигания смеси в цилиндре, обеднения рабочей смеси и по ряду других причин, связаных с движением автомобиля. Естественно, что все элементы системы охлаждения двигателей нуждаются в периодической проверки их технического состояния.

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Cтраница 1

Тепловой режим двигателя во многом зависит от исправности термостата.

Если двигатель прогревается до рабочей температуры продолжительное время, значит можно предположить, что термостат неисправен.

Для более точного определения его состояния термостат следует снять СЃ двигателя.  [1]

Тепловой режим двигателя РІ процессе эксперимента должен быть стационарным, что достигается поддержанием температуры охлаждающей РІРѕРґС‹ Рё масла РІ системах дизеля РІ пределах РѕС‚ 80 РґРѕ 85 РЎ. Основным внешним признаком того, что двигатель вышел РЅР° установившийся рабочий режим, является неизменность РІРѕ времени температуры выпускных газов.  [2]

Тепловой режим двигателя оценивается по температуре масла в поддоне картера.

Нормальной считают температуру РІ пределах 70 — 100 РЎ, РїСЂРё работе РІ тяжелых условиях РѕРЅР° РЅРµ должна превышать 105 РЎ.

На четвертом цилиндре двигателя установлен температурный датчик, который соединяется с контрольной лампочкой на щитке приборов.

РљРѕРіРґР° температура цилиндра превысит 170 РЎ, РЅР° щитке РїСЂРёР±РѕСЂРѕРІ загорается красный свет — сигнал Рѕ перегреве двигателя. Тепловое состояние двигателя регулируют РїСЂРё помощи жалюзи 22, управляемых РёР· кабины водителя.  [4]

Тепловой режим двигателя РІРѕ время работы регулируют, открывая или закрывая радиатор утепляющим чехлом; нижняя часть радиатора должна быть закрытой всегда.  [5]

Электромагнитная муфта включения.  [6]

• Тепловой режим двигателя контролируется РїРѕ указателю температуры охлаждающей жидкости.  [7]
• Тепловой режим двигателя РІРѕ время работы регулируют, открывая или закрывая радиатор утепляющим чехлом; нижняя часть радиатора должна быть закрытой всегда.  [8]
• Нарушения теплового режима двигателя ( перегрев РІ нормальных условиях эксплуатации или длительный прогрев после РїСѓСЃРєР°) РјРѕРіСѓС‚ быть вызваны неисправностями термостата.  [10]

Поддержание теплового режима двигателя во время эксплуатации оказывает также существенное влияние на повышение сопротивления изнашиванию деталей.

Наиболее рациональной, СЃ точки зрения уменьшения РёР·РЅРѕСЃР° поверхностей трения деталей цилиндропоршневой РіСЂСѓРїРїС‹, является температура 75 — 80 РЎ охлаждающей РІРѕРґС‹.  [11]

Если позволяет тепловой режим двигателя, то плотно закрывают Рё жалюзи радиатора.  [12]

Для поддержания теплового режима двигателей применяют индивидуальную и централизованную систему охлаждения.

РџСЂРё индивидуальной системе ( применяется РїСЂРё наличии РЅРµ более РґРІСѓС…-трех стендов) каждый испытательный стенд имеет СЃРІРѕСЋ обособленную систему охлаждения СЃРѕ СЃРІРѕРёРј смесительным баком.  [14]

После стабилизации теплового режима двигателя Рё доведения частоты вращения РґРѕ нужной величины Р·Р° меряют СѓРіРѕР» опережения зажигания, число оборотов, мощность Рё часовой расход топлива.  [15]

Страницы:      1    2    3    4

Условия работы и тепловой режим двигателя

Температура пламени (в процессе горения топлива) при работе двигателя достигает 2000-2500 град. Цельсия. В течение рабочего цикла средняя температура газов составляет порядка 800-900 град. Цельсия. Однако не вся теплота, которая выделяется при сгорании топлива, в дальнейшем трансформируется в полезную работу. В [табл. 1] показан тепловой баланс двигателей.

Табл. 1. Распределение теплоты при сгорании топлива в двигателе (в %).

Распределение теплоты	Карбюраторные двигатели	Дизельные двигатели
На полезную работу	22-29	29-42
Потери на охлаждение	20-35	20-35
Количество теплоты, которая вынесена с отработавшими газами	30-55	25-40
На отведение смазочным материалом	3-8	2-7
Потери из-за неполноты сгорания и прочее	0-53	0-12

Основная доля теплоты (до 22-47 %) идёт на нагрев деталей двигателя (цилиндры, поршни, блок-картер, коленчатый вал, клапаны и прочее). Поэтому при максимальной мощности двигателя температура блока и головки цилиндров достигает 150-250 град. Цельсия, головки поршней – 280-300 град. Цельсия, а выпускных клапанов – 660-900 град. Цельсия.

• При чрезмерном нагреве двигателя происходит уменьшение зазоров в подвижных соединениях, из-за чего возможны следующие неисправности:
• 1) – заклинивание движущихся деталей;
• 2) – ухудшение смазывания деталей;
• 3) – ухудшение смазочных свойств масел, а также их пригорание;

4) – нарушение процессов смесеобразование и сгорания, которое выражается в снижении наполнения свежим зарядом воздуха цилиндров, преждевременным воспламенением рабочей смеси, детонацией и прочим. Также возрастают потери на трение, и снижается прочность металла.

Отрицательное влияние на экономичность работы двигателя и износ его деталей также оказывает и интенсивное охлаждение деталей, что может привести к конденсации водяных паров.

Стекая со стенок цилиндра, часть конденсата попадает в масло, формируя соли органических кислот (в процессе взаимодействия с металлическими частицами).

Данные соли не только плохо растворяются в масле, но и под воздействием высокой температуры выпадают в осадок, тем самым они загрязняют масло и нарушают работу смазочной системы. Вышеописанный процесс влечёт за собой снижение мощности двигателя, а также увеличение удельного расхода топлива.

Из-за пониженного теплового режима двигателя тяжёлые фракции топлива и масла сгорают неполностью, а на деталях газораспределительного и кривошипно-шатунного механизмов (клапаны, поршни, камеры сгорания и прочие) происходит нагарообразование.

Возможно зависание клапанов вследствие смолистых отложений, а также коксование поршневых колец в канавках поршня. Так, при температуре двигателя и охлаждающей жидкости в пределах 65-70 град. Цельсия вследствие ухудшения процесса сгорания происходит увеличение расхода топлива на 5-10%, а если тепловой режим более низкий, то перерасход может достигать 30-40%.

Следовательно, как чрезмерное понижение температуры, так и излишний нагрев деталей двигателя крайне нежелательны. Существует определённое оптимальное температурное состояние ДВС. Самый выгодный тепловой режим двигателя, при котором расход топлива и износ деталей минимальны, достигается при температуре охлаждающей жидкости порядка 85-90 град. Цельсия.

1. Искусственное охлаждение двигателя (то есть передача тепла от нагретых частей какой-либо жидкости (жидкостное охлаждение) либо непосредственно воздуху (воздушное охлаждение)) применяется с целью обеспечения и поддержания в заданных расчётных пределах вышеуказанного температурного состояния деталей двигателя, которые нагреваются вследствие сгорания топлива.
2. Система охлаждения представляет собой совокупность всех устройств, которые обеспечивают заданное температурное состояние двигателя.
3. 17*

Оптимизация температурного режима двигателя в зимнее время

• Министерство образования и науки Республики Казахстан
• Костанайский социально технический университет
• имени академика З. Алдамжар
• «Допущена к защите»
• ___________ Заведующей
• кафедрой ___________
• ДИПЛОМНАЯ РАБОТА
• На тему: «Оптимизация температурного режима двигателя в зимнее время»
• по специальности 050713 – «Транспорт, транспортная техника и технологии»

Выполнил Сандуляк В. В.

Научный руководитель

Преподаватель Сатыбалдин Т.Т.

1. Дипломную работу защитил с оценкой ________________
2. «___» ______________ 2010 год.
3. Костанай 2010Костанайский социально-технический университет
4. имени академика З. Алдамжар
5. Факультет Технический
6. Кафедра «Техники и технологии»
7. Специальность 050713 «Транспорт, транспортная техника и технологии»
8. УТВЕРЖДАЮ
9. Зав. кафедрой ___________
10. “ ___ ” __________ 20__г.
11. Задание
12. по дипломной работе студента
13. Сандуляк Владимира Владимировича
14. (фамилия, имя, отчество)

1. Тема работы: Оптимизация температурного режима двигателя в зимнее время.

• 2. Срок сдачи студентом законченной работы “ __ ”__________200_ г
• 3. Исходные данные к работе: система охлаждения двигателя Д-243 Л
• 4. Перечень вопросов, разрабатываемых студентом:

•  Анализ конструкций
•  Конструктивная часть
•  Охрана труда
•  Охрана окружающей среды
•  Экономическая эффективность

5. Перечень графического материала:

•  Конструкции устройств создания температурного режима (1 лист в пересчете на формат А1)
•  Предшествующая система охлаждения двигателя Д-243 Л (1 лист формата А1)
•  Сравнение показателей при переохлаждении двигателя (1 лист формата А1)
•  Основные технико-экономические показатели (1 лист формата А1)

6. Список рекомендованной литературы:

•  Гуревич А. М. и др. Конструкция тракторов и автомобилей. М. 1981- 320 с.
•  Болштянский А. П. и др. Основы конструкции автомобилей. М. 2005 -312с
•  Томушев М. М. Устройство автомобилей. Издательство .Львов. 1990 – 420с.
•  Кузьмин А. В., Чернин И. М., Козинцев Б. С. Расчеты деталей машин: Справочное пособие./Под ред. Ж. И. Васюка. Минск: Высшейшая школа, 1986.-400с.
•  Шкрабак В. С., Казлаускас Т. К. Охрана труда./ Под ред. Н. Д. Нагайцева.-М.:Агропромиздат, 1989.-480с.
•  Когай Э. И., Хамкин В. А. Охрана труда на предприятиях автомобильного транспорта./ Под ред. Н. В. Пинчук.-М.:Транспорт, 1984.-253с.
•  Петренко И. Я., Чужинов П. И. Экономика сельскохозяйственного производства. — Алма-Ата.: Кайнар, 1992.-560с.
•  Информация о ценах на материалы. Челябинск. 2002 -с.65.
•  Банников А. Г. и другие. Охрана природы. М. Агропромиздат. 1985.

7. Дата выдачи задания «_____» _____________2009г.

1. Руководитель ______________________________________________________
2. (подпись)
3. Задание принял к исполнению ________________________________________
4. (подпись)
5. Календарный план

№ п/п	Наименование этапов дипломной работы	Срок выполнения этапов работы	Примечание
1	Анализ конструкций
2	Конструкторская часть
3	Охрана окружающей среды
4	Охрана труда
5	Экономическая эффективность

• Студент-дипломник __________________________
• Руководитель работы _________________________
• СОДЕРЖАНИЕ
•             стр

Введение………………………………………………………………………………6

1. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ…………………………………………………..8

  1.1 Классификация систем охлаждения двигателей…………………………….8

2. КОНСТРУКТИВНАЯ ЧАСТЬ…………………………………………………..20

  2.1 Сравнительная оценка различных двигателей……………………………..20

  2.2 Эффективная система охлаждения двигателя Д-243 Л…………………….25

  2.3 Модернизация системы охлаждения двигателя Д-243…………………….30

  2.4 Расчет расхода топлива при работе двигателя

в диапазоне низких температур……………………………………………….34

  2.5 Прочностные расчеты………………………………………………………..39

     2.5.1 Расчет производительности насоса………………………………………39

     2.5.2 Расчет крепления кронштейна подогревателя………………………….41

3. ОХРАНА ТРУДА………………………………………………………………..45

  3.1 Меры безопасности при техническом обслуживании

транспортных средств…………………………………………………………..45

  3.2 Пожароопасность……………………………………………………………..46

  3.3 Требования безопасности при обслуживании систем охлаждения……….48

  3.4 Подготовка подвижного состава к зиме…………………………………….49

  3.5 Условия эксплуатации тракторов зимой……………………………………50

4. ОХРАНА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ…………………………………………..53

5. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ…………………………………….56

ЗАКЛЮЧЕНИЕ……………………………………………………………………..60

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ………………………………..61

ПРИЛОЖЕНИЕ А………………………………………………………………….62

ВВЕДЕНИЕ

В производстве сельскохозяйственной продукции важную роль выполняет транспорт, так как подвижные средства обеспечивают необходимые технологические связи между отдельными этапами работ.

От эффективности работы транспорта, качества и количества транспортных средств (автомобилей, колесных тракторов, автомобильных и тракторных прицепов и полуприцепов), рационального их применения в значительной мере зависят результаты производственных процессов в сельском хозяйстве.

Развитие современного сельскохозяйственного производства невозможно без применения большого числа автотранспортных средств, перевозящих грузы не только по нашей стране, но и в зарубежные страны. Современные автотранспортные средства отличаются высокими динамическими качествами, позволяющими достичь относительно большой скорости и маневренности.

Кроме того, при использовании транспортных средств (к примеру, колесных тракторов МТЗ) в транспортных операциях особенностью этих операции является надежность и эксплуатационные качества двигателей мобильных транспортных средств.

От надежной работы двигателя внутреннего сгорания, его мощностных показателей, экономичности, способности длительное время выполнять свое назначение, зависит транспортный процесс.

Особое место в конструктивных факторах двигателя отводится системам охлаждения, так как создание нормального температурного режима существенно влияет на все указанные выше показатели его работы.

То есть если двигатель претерпевает, к примеру, недостаток в температурном режиме (в практике это называют «недогрев»), будет проходить интенсивный износ деталей цилиндропоршневой группы, а далее потеря мощности, экономичности, в итоге выход двигателя из строя.

Поэтому вопросы, связанные с разработками конструкций двигателей транспортных средств, их модернизацией — усовершенствованием различных систем, в частности, рассматриваемой в дипломной работе системой охлаждения, являются очень актуальными.

Система охлаждения двигателя внутреннего сгорания — совокупность устройств, обеспечивающих подвод охлаждающей среды к нагретым деталям двигателя и отвод от них в атмосферу лишней теплоты, которая должна обеспечивать наивыгоднейшую степень охлаждения и возможность поддержания в требуемых пределах теплового состояния двигателя при различных режимах и условиях работы.

Низкие температуры приводят к следующим последствиям для двигателя:

1.  При запуске двигателя из холодного состояния масло будет загустевшим, и трение между движущимися частями увеличится. Для запуска двигателя потребуется больше энергии.
2.  Аккумулятор автомобиля потеряет пусковую мощность.
3.  Топливо будет сильнее конденсироваться на холодных стенках цилиндра, состав смеси ухудшится, приводя к проблемам с запуском двигателя.
4.  Зимнее дизельное топливо имеет пониженное цетановое число из-за уменьшения содержания парафинов.
5.  Размер капель впрыскиваемого топлива увеличивается, что затрудняет зажигание и запуск двигателя.

Актуальность проблемы заключается в том, что охлаждение двигателя не должно быть чрезмерным, поскольку теряется полезная теплота и топливо, плохо испаряясь, трудно воспламеняется, медленно горит, вследствие чего мощность двигателя снижается.

Кроме того, частицы топлива, конденсируясь на стенках цилиндра, смывают с них масло и, стекая в картер, разжижают масло. Это ухудшает смазывание трущихся деталей двигателя. Поэтому необходимо осуществлять мероприятия по контролю температурного режима работы двигателя, особенно в зимнее время.

Сюда следует отнести и осуществление предварительного подогрева двигателя перед запуском, что существенно сохранит его ресурс работы, уменьшит расходы на техническое обслуживание, ремонт, затраты на топливо.

Существующие конструкции подогревателей являются либо очень дорогими, либо не установлены на некоторые модели транспортных средств.

Цель исследования: Оптимизация температурного режима двигателя Д-243 Л в зимнее время.

Задачи исследования:

1.  Изучить обозначенную проблему в специальной технической литературе и на практике.
2.  Описать и проанализировать современную классификацию систем охлаждения двигателей.
3.  Выявить недостатки существующих систем охлаждения.
4.  Разработка нового конструктивного решение подогрева системы охлаждения двигателя Д-243 путем установки подогревателя жидкости в основную систему.

1. Объект исследования: Оптимизация температурного режима двигателя в зимнее время.
2. Предмет исследования: двигатель Д-243 Л.
3. Гипотеза: если осуществлять мероприятия по контролю температурного режима работы двигателя, особенно в зимнее время, сюда следует отнести и осуществление предварительного подогрева двигателя перед запуском, то это существенно сохранит его ресурс работы, уменьшит расходы на техническое обслуживание, ремонт, затраты на топливо.
4. Методы исследования: анализ различных конструкций, исследование преимуществ и недостатков различных систем охлаждения, разработка нового конструктивного решения подогрева системы охлаждения двигателя Д-243 путем установки подогревателя жидкости в основную систему.
5. Структура дипломной работы отражает логику исследования и его результаты и состоит из введения, пяти разделов, заключения, списка использованных источников, приложений.
6. 1. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
7. 1.1 Классификация систем охлаждения двигателей

При сгорании топлива внутри цилиндра температура газов поднимается до 2000 °С. Тепло расходуется на механическую работу, частично уносится с выхлопными газами, тратится на лучеиспускание и нагрев деталей двигателя.

Если его не охлаждать, то он теряет мощность (ухудшается наполнение цилиндров рабочей смесью, возникает преждевременное самовоспламенение смеси и т. д.

), усиливается изнашивание деталей (выгорает масло в зазорах) и возрастает вероятность поломки их в результате снижения механических свойств материалов.

Если же двигатель переохлажден, уменьшается количество тепла, переходящего в работу, топливо конденсируется на холодных стенках цилиндров, стекает в картер (масляный резервуар) и разжижает смазку, что также приводит к увеличению износа трущихся деталей и снижению мощности двигателя. Таким образом, поддержание определенного теплового режима двигателя является важным и обязательным делом. Поэтому все автомобильные двигатели имеют систему охлаждения.

Средняя температура газов в течение рабочего цикла двигателя составляет 780…880 °С. Часть теплоты газов передается цилиндрам, головке цилиндров, поршням и другим деталям двигателя, которые вследствие этого сильно нагреваются.

Если такие детали не охлаждать, то нормальная работа двигателя нарушится из-за ухудшения смазочных свойств масла, преждевременного воспламенения рабочей смеси, детонации (в карбюраторных двигателях), уменьшения наполнения цилиндров горючей смесью или воздухом и зазоров в подвижных соединениях. Система охлаждения предназначена для поддержания оптимального теплового состояния деталей двигателя. Она состоит из различных устройств, механизмов и приборов. Теплота от деталей двигателя отводится в атмосферу. Это вынужденные потери тепловой энергии, зависящие от типа двигателя, его конструкции и способа охлаждения.

Охлаждение двигателя не должно быть чрезмерным, поскольку теряется полезная теплота и топливо, плохо испаряясь, трудно воспламеняется, медленно горит, вследствие чего мощность двигателя снижается. Кроме того, частицы топлива, конденсируясь на стенках цилиндра, смывают с них масло и, стекая в картер, разжижают масло. Это ухудшает смазывание трущихся деталей двигателя.

Достоинства и недостатки конструкций устройств создания температурного режима показаны в Приложении А.

В двигателях применяют два способа охлаждения: жидкостное и воздушное. В первом случае теплота от нагретых деталей отводится охлаждающей жидкостью, а от нее передается воздуху, во втором — непосредственно воздухом.

В качестве охлаждающей жидкости используют воду или жидкости с низкой температурой замерзания (антифризы).

Вода должна быть чистой, с небольшим содержанием солей кальция и магния (мягкой). Единица жесткости воды — миллимоль на килограмм (ммоль/кг). Воду считают мягкой, если в ней содержится солей до 1 ммоль/кг, средней жесткости — 1…2,5, жесткой — 2,5…5 ммоль/кг. К

Воду средней жесткости и жесткую без предварительного умягчения применять нельзя, так как при работе двигателя соли осаждаются на стенках деталей, омываемых водой, образуя накипь, которая снижает теплопроводность стенок и ухудшает циркуляцию воды. Это ведет к перегреву двигателя, снижению мощности, интенсивному изнашиванию деталей.

Простейший способ умягчения воды — кипячение в течение 30…40 мин с последующим отстаиванием и фильтрацией через матерчатый фильтр. Воду, которую сливают после работы из системы охлаждения, нужно накапливать, отстаивать и фильтровать для последующего использования.

Широко распространены химические способы умягчения воды тринатрийфосфатом, известью, кальцинированной содой [1].